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建设现代测绘基准 提升服务保障能力 ——李维森就国家现代测绘基准体系建设与应用答记者问

发布时间:2017-09-29 14:59:36   点击次数:

《全国基础测绘中长期规划纲要(2015-2030年)》明确提出了我国基础测绘发展的主要任务——加强测绘基准基础设施建设,形成覆盖我国全部陆海国土的大地、高程和重力控制网三网结合的高精度现代测绘基准体系。在国家现代测绘基准体系基础设施建设工程顺利完成、建设成果在测绘基准服务以及各相关行业部门广泛应用之际,中国测绘报记者就基准体系建设与应用情况采访了国家测绘地理信息局副局长李维森。

记者:国家现代测绘基准体系基础设施建设工程历经4年攻坚克难,取得了丰硕成果。请您谈谈这些成果已在哪些方面得到推广应用?

李维森:测绘基准体系是服务国民经济、社会发展、生态文明和国防建设的重要测绘基础设施。新中国成立以来,我国传统测绘基准发展历经几十年,在经济建设、社会发展和国防建设等方面发挥了重要作用。但由于传统测绘基准技术体系严重滞后于现代测绘技术发展,制约了测绘基准服务能力和水平的发挥,难以满足当今经济社会发展的更高要求,为此我们开展了国家现代测绘基准体系基础设施建设。

国家现代测绘基准体系基础设施建设工程于2012年启动,经过全国测绘地理信息工作人员4年艰苦奋战,于2017年5月通过了验收。基准工程主要是利用现代测绘空间信息技术,建设了一套全新的测绘基准基础设施,更新了现有测绘基准成果,形成了一系列技术标准规范,这些成果陆续在国家、省级基准服务以及行业领域得到了广泛应用。

一方面,基准工程建设成果为省级测绘基准现代化建设提供基准保障。基准工程建设期间已为陕西、黑龙江等近10个省份提供了成果资料,为区域基准建设与更新、经济建设、科学研究、防灾减灾等领域提供了基础数据,满足跨区域测绘服务对新一代、全国统一、高精度、动态测绘基准的需求。另外,国家局与相关行业部门之间建立了数据共享共用机制,基准工程建设成果已在地震、国土、气象、水利、交通、农业等领域发挥重要作用。

另一方面,新《测绘法》明确要求测绘地理信息主管部门建立统一的卫星导航定位基准服务系统,提供导航定位基准信息的公共服务。我局按照统筹建设、资源共享的原则,强化对基准站资源的共享利用,已将基准工程建设完成的国家级卫星导航定位基准站纳入国家级站网,统筹海岛(礁)测绘工程以及陆态网等建设的卫星导航定位基准站,组成了具备410座规模的国家级卫星导航定位基准站网,实时为卫星导航定位基准服务系统提供观测数据。同时以国家级卫星导航定位基准站网为基础,通过整合利用省级2300余座卫星导航定位基准站资源,构建了我国规模最大、覆盖范围最广、超过2700座站的卫星导航定位基准站网,建成了1个国家级数据中心和30个省级数据中心,共同组成了层次清晰、分工明确、基准统一的全国卫星导航定位基准服务系统,促进了国家和省级卫星导航定位应用服务的广泛开展,实现了跨区域、大范围、高精度的实时定位和导航位置服务。

记者:基准工程建成了我国新一代测绘基准基础设施,请问为什么要开展如此大规模的测绘基准建设?

李维森:我国经济社会快速发展对于测绘基准的应用需求日益增长,经济全球化和全球信息化也对国家测绘基准体系提出了国际接轨新要求,尤其在全球地理信息资源建设、“一带一路”建设、“走出去”战略实施保障等方面,都需要现代化全球测绘基准的支持与服务。

但我国原有的测绘基准技术体系已严重滞后于现代测绘技术的发展。同时,测绘基准基础设施陈旧、不完善且损毁严重,破坏了测绘基准体系的完整性,降低了测绘基准的服务能力和成果的可用性。因此,迫切需要开展基准工程建设,建立高精度、地心、动态、统一的现代测绘基准体系,这对于提高我国测绘地理信息保障服务能力、满足经济社会发展需求等具有十分重要的意义。

一是建立现代测绘基准体系是促进经济社会科学发展的必然要求。当前,我国正处在全面建设小康社会的关键时期。实施城镇化发展、智慧城市建设、西部大开发等国家战略,建设南水北调、西电东送、西气东输等重大工程,实现国民经济和社会信息化,有效应对各类自然灾害、妥善处置突发公共事件等,都迫切需要现代化测绘基准服务。通过基准工程建设,初步建成了我国现代化的测绘基准体系,从而为经济社会发展和信息化建设夯实根基。

二是建立现代测绘基准体系是我国建设测绘强国的必然要求。测绘基准体系发展水平是一个国家测绘综合实力的重要体现。目前,我国测绘基准体系建设水平与欧美发达国家相比还有不小的差距。通过实施基准工程建设,我国在测绘基准领域已步入世界先进行列,这对于我国加快建设测绘强国意义重大。

三是建立现代测绘基准体系是推动测绘地理信息事业转型升级发展的迫切需要。当前,我国测绘地理信息事业确定了“加强基础测绘、监测地理国情、强化公共服务、壮大地信产业、维护国家安全、建设测绘强国”发展战略和“五大业务”发展新格局,发展战略目标的实现和“五大业务”的建设,都离不开现代化测绘基准体系的基础支撑,需要通过实施基准工程建立起高精度、三维、动态、陆海统一的现代测绘基准体系,从而推动“五大业务”协调发展,促进基础测绘管理体制、投入机制和服务方式的创新,构建与经济社会发展大局相适应的测绘地理信息保障服务体系,为推进测绘地理信息事业实现转型升级奠定基础。

记者:基准工程主要包含哪些基础设施?

李维森:基准工程在现有测绘基准基础设施基础上,利用现代测绘空间信息技术,建设地基稳定、分布合理、利于长期提供服务的新一代测绘基准基础设施,具体包括5个方面:

一是国家级卫星导航定位基准站网。完成210座国家级卫星导航定位基准站建设(其中新建150座,改造60座),共享利用已有卫星导航定位基准站200座,构成全国410座规模的国家级卫星导航定位基准站网,形成国家大地基准框架的主体,可获得高精度、稳定、连续的观测数据,维持国家三维地心坐标框架,同时具备提供站点的精确三维坐标及其变化信息、实时定位和导航信息以及高精度连续时频信号等的能力。

二是国家GNSS大地控制网。建设完成了4503点规模(其中新建2503个、利用2000个)的GNSS大地控制网,形成了全国统一、高精度、分布合理、密度相对均匀的国家大地控制网,与国家卫星导航定位基准站网共同组成新一代国家大地基准框架,用于维持我国大地基准和大地坐标系统。

三是国家高程控制网。建设完成了26327点规模的国家一等水准网(新埋设7227点),全网路线长度12.56万公里,包含148个环、246个结点、431条水准路线。建立了全国统一、高精度、分布合理、密度相对均匀的国家高程控制网,提高了局部薄弱地区的高程基准稳定性,并获取到高精度水准观测数据,全面升级和完善了我国高程基准基础设施,形成了我国新一期高程基准成果。

四是国家重力基准点。在国家已有绝对重力点分布的基础上,选择50座新建卫星导航定位基准站,进行100点次的绝对重力属性测定,属性测定结果优于设计指标。实现每300公里有一个绝对重力基准点,改善了国家重力基准的图形结构和控制精度,形成了分布合理、利于长期保存的国家重力基准基础设施。

五是国家现代测绘基准管理服务系统。建成了由数据管理、数据处理分析、共享服务及全国卫星导航定位基准服务4个业务子系统组成的国家现代测绘基准数据中心,具备高效实用的现代测绘基准数据管理、处理分析和共享服务等业务化功能,有效提升和拓展了现代测绘基准成果应用服务的能力和范围。

记者:相比我国现有测绘基准,请您谈谈新一代测绘基准有哪些突出特点?

李维森:基准工程全面升级和完善了我国现代测绘基准基础设施,提升和拓展了现代测绘基准成果应用服务能力和服务范围。归纳起来,主要具有以下几方面特点:

一是规模大。基准工程是迄今为止全国规模最大的综合测绘基准基础设施建设工程。全国范围内(除港澳台外)一次性完成12.6万公里一等水准路线布设,是我国最高等级、最高精度的高程控制网;4503点规模的GNSS大地控制网和360座规模的卫星导航定位基准网建设,全面支持BDS,兼容GPS、GLONASS、GALILEO 3个系统,也是全球最大规模的综合地面观测设施。

二是精度高。基准工程建设的是我国最高等级的国家平面、高程和重力控制网,施工的技术要求和精度指标在所有的大地测量技术标准、规范中是最高的。其中,卫星导航定位基准站、大地控制点的绝对地心坐标精度达到毫米级;国家一等水准观测精度每公里优于1毫米,重力基准点观测精度优于5微伽。国家测绘基准服务管理系统具备每天处理600座卫星导航定位基准站观测数据的能力,处理精度和技术性能达到国际先进水平。

三是设计新。基准工程首次将平面、高程、重力基准一体化理念融入布网设计,在3个方面实现了三网融合。第一个方面是设计了一体化的新型测量标石,既是大地控制点、也是水准点,同时又可作为重力控制点,实现了测绘基准属性的融合;第二个方面是综合考虑大地控制网与国家一等水准网布设的点位位置和相互关系,尽可能将大地控制点纳入一等水准路线中,在全国范围形成大量同期建设的大地控制点和水准点,为我国厘米级(似)大地水准面建立提供基础保障;第三个方面是在卫星导航定位基准站上并置重力基准点,建立平面基准与重力基准的联系。另外,与已有工程建设成果进行联合数据处理,建立了陆地与海域测绘基准的联系。

四是难度大。完成了世界上覆盖范围最广、线路最长、地势最复杂、精度最高的国家一等水准网的建设与更新,尤其在世界超级水准大环闭合观测方面取得了历史性突破,环长5460公里,平均海拔4000米以上,横跨新疆、西藏、青海3省区沙漠和无人区地带超级水准大环,仅用4个月会战就实现一次性高精度闭合观测,环闭合差优于1/2限差,达到我国一等水准观测的历史最高水平。

五是能力强。建立了国家测绘基准管理服务数据中心,基于地理信息技术和数据库技术,建成了国家测绘基准数据库管理平台,实现了测绘基准数据成果的海量存储、高效管理与精确处理;基于全国卫星导航定位基准站网,建立了全国基准站管理服务平台,实现了全国范围2700多座卫星导航定位基准站的数据汇集、统一管理、共享服务,能够提供实时米级、分米级卫星导航定位服务,全面提升了我国测绘基准数据成果管理和应用服务能力。

记者:基准工程建设如此大规模、高标准,请问如何保障建设成果质量?

李维森:“科学精准、优质高效”是基准工程追求的目标。基准工程建设的是我国最高等级的测绘基准,其质量关系到各地区、各等级测绘基准的建设,关系到今后几十年乃至更长时期测绘地理信息事业的发展,因此,基准工程实施过程中多措并举,狠抓质量,以确保优质成果。

一是建立管理机构,健全质量管理制度。为加强基准工程的统筹协调、科学管理,确保施工规范、质量可靠,国家测绘地理信息局成立了工程实施领导小组、专家咨询委员会、工程项目部,分别负责工程建设领导、重大技术问题咨询和具体组织实施。基准工程制订了完善的工程管理规章制度,实行全过程质量控制,从第一个点、第一条线开始,就以优质工程的标准来要求。同时层层落实实施单位、承担单位、技术人员、作业人员、质检人员、监理人员的质量责任,出现质量问题问责到人。

二是研制系列技术规程,严格按照设计施工。为保证工程高标准、高水平科学实施,基准工程在已有标准规范基础上,制订了更为细致的卫星导航定位基准站建设技术规程、GNSS大地控制网建设外业技术规程、高程控制网建设外业技术规程。基准工程严格按照设计和有关技术规程施工,不允许随意更改技术方案和指标,不允许随意变更技术流程。基准工程项目部抽调技术骨干组成专门的技术质量组,及时解答技术问题,严把质量关口。

三是开展全员系统培训,实行上岗技术考核。基准工程对测绘队伍实行全员上岗培训,使每个作业队员能够熟练掌握施工要求。培训后,项目部对每一个作业队员、每一个作业小组进行考核,合格后方能持证上岗。同时要求小组成员相对固定,保证最优组合,以减少人员变动引起的重新磨合、影响工作效率等问题。

四是实施全过程质量监督,加强隐蔽工程质量管理。要求隐蔽性工程如埋石及基准站标墩建设,引入全过程留存建设资料的管理措施,即从基坑开挖、钢筋骨架、基座浇灌到标石安装、标石整饰等过程使用带定位功能的照相机或摄像机进行全程记录,并作为必要资料成果上交。在土建过程中,对建成的标石采用回弹仪测试,测试结果作为标石建造质量检查的参考依据。

五是运用信息化科技手段,加强建设过程监管。基准工程将信息化技术应用到实施管理、生产监控、质量检查、经费管理等工程建设各个环节,有力提高了基准工程生产效率和监管力度。水准观测是基准工程质量监管的重点环节,为此专门研发了数字水准仪控制程序,对观测时间进行记录和控制,对观测位置记录并可回溯,确保作业人员在规定时间段进行水准观测,并在水准记簿过程中引入加密技术,以杜绝人为修改观测成果。

六是严格质量检查验收,确保工程总体质量。GNSS大地控制网、高程控制网、重力基准网建设严格执行“两级检查、一级验收”制度。卫星导航定位基准站建筑工程和测绘基准管理服务系统机房改造管理采用监理制,引入第三方监理单位进行全过程监理。经过严格的质量检查,确保打造出一个质量一流、经得起历史检验的优质工程。

记者:基准工程在全国范围建设了210座卫星导航定位基准站,请问这些基准站是如何选址的?与各省、行业、部委已经建设的基准站又是如何统筹发挥作用的?

李维森:我们在国家卫星导航定位基准站的选址设计中,考虑了国家坐标系统的维持,同时兼顾了系统的实用性及地方、行业应用需求。总结起来说,主要从4个方面考虑:

一是基准站选址要覆盖我国陆域国土,全国均匀分布,具有合理的分布密度,在全国各直辖市、省会城市及主要城市设站,保证这些地区基础测绘及经济建设发展的需要。同时满足省级基准控制,平均每省至少布设3至5站,形成稳定的基准控制结构,建立地方与国家基准的紧密联系。二是基准站站址要选择稳定的地质环境,远离中国板块活动断层和密集断裂带50公里以上,避开地震活动带等不稳定区域。三是要充分利用各地方和行业已有的基准站或新建基准站。四是基准站布设要考虑选择与国家一、二等水准结点相邻,建立国家卫星导航定位基准站与国家高等级高程控制点的关联。

当前,我国绝大部分省(区、市)都建设完成或正在规划建设卫星导航定位基准站网,气象、地震、国土、交通及林业等部门也积极开展卫星导航定位基准站建设工作,形成了卫星导航定位基准站快速发展的局面。但也存在较多的问题,如建设标准不统一,水平参差不齐,资源共享机制建立难度较大等。

基准工程将国家级和地方卫星导航定位基准站进行了统一设计。各省(区、市)已经建设完成的、地质条件及运行环境良好、符合省内均匀分布等条件的部分地方站,直接纳入或升级改造后纳入到国家级卫星导航定位基准站网。

国家局协同各省(区、市)测绘地理信息主管部门,研究制定了全国导航定位服务系统统筹方案,以国家级卫星导航定位基准站为核心、地方卫星导航定位基准站作为加密和补充,建设层次清晰、分工明确、基准统一、服务范围合理的全国卫星导航定位基准服务系统,实现国家与地方基准站网资源的共建共享,形成更加丰富的数据资源服务于各行各业。

记者:您刚才提到,基准工程完成的国家一等水准网建设与更新是一次历史性突破,能否具体介绍一下该工作的难点和亮点?

李维森:根据一等水准网应每隔15年复测一次的国家规范要求,我国自20世纪70年代起,对国家水准环线进行了3次观测,最近一次观测时间为1991年至1996年。这次基准工程开展的国家一等水准网建设与更新,是世界上覆盖范围最广、线路最长、地势最复杂、精度最高的水准环线测量。按照以往3期国家水准网观测经验,完成如此规模的水准网观测任务需10至15年的时间,基准工程在国家局正确指导、工程项目部精心组织、各承担单位的积极配合与努力下,仅用4年时间就完成全部观测工作。

其中世界最长(全长5460公里)、平均海拔最高(平均海拔4000米以上)、高差落差最大的第139号水准大环,横跨新疆、西藏、青海3省区沙漠和无人区地带,自然环境和气候条件相当恶劣,施测难度最大,是基准工程建设的攻坚任务。139水准大环的测量工作时间紧,任务重,国家局调集所属第一、二、三大地测量队200余名具有丰富水准观测经验的测绘队员,投入60余套仪器设备,克服重重困难,凭借着艰苦奋斗的精神和过硬的技术,在4个月内完成超大环的闭合观测,实现了超大水准环最短时间、最高精度的闭合观测,环闭合差63.22毫米,优于1/2限差,达到我国一等水准观测的历史最高水平。

记者:请您展望一下基准工程建设成果在服务经济社会发展以及推进地理信息产业发展等方面将发挥哪些作用?

李维森:基准工程建设全面升级和完善了我国大地、高程和重力基准基础设施,为国家地心坐标框架和区域坐标框架的建立和维持提供了一套新一代统一的测绘基准成果。这些成果将在我国国民经济建设、国防建设和社会发展中发挥重要作用,为国土资源调查、能源资源开发、重大工程建设、城乡规划、国防建设、地球科学研究、智能交通、精细农业、智慧城市、天气预报、防灾减灾以及大众位置服务等提供高精度、动态、三维的测绘基准支持与服务。在高速铁路、南水北调、西电东送等国家重大工程建设方面,可以基于国家高等级测绘基准点,布设工程所需的局部基准控制网。基准工程建设大幅提高了我国高等级平面基准和高程基准的密度和精度,解决了高等级测绘基准点不足的问题,从而使国家重大工程建设布设控制网变得更加便捷,精度也将更高。

在城市应急系统建设方面,以现代测绘基准体系为基础,建立城市综合服务体系,提供实时位置服务、气象预报、车辆监控、城市信息管理与应急调度服务等综合信息,实现水、电、气、油、医院、通讯、消防、公安等行业部门的协同与联动。在应对地震、泥石流等自然灾害方面,基于现代测绘基准建立的长期连续监测系统是防灾减灾、重建规划的有效途径。比如,根据对卫星导航定位基准站长期观测数据进行处理分析所得到的结果,可以监测地球板块运动、重点发震区域的地壳运动;通过定期复测的大地控制点数据,可用于大坝变形监测,及时发现灾害隐患。在气象预报方面,全球定位系统气象探测技术应用作为传统气象预报的重要补充手段,能够获得更加精确的预报结果。如上海气象监测网站的观测结果表明,利用空间定位技术探测水汽分布,气象预报准确性大大提高。在地理信息产业发展方面,地理信息数据获取、处理、服务等产业链各环节,都离不开测绘基准的支撑。通过整合利用卫星导航定位基准站,能够加快形成全国统一的卫星导航定位基准站网,提供高精度导航与位置服务,促进导航定位及位置服务市场迅猛发展,带来巨大的经济效益。

当然,基准工程建设成果在为各领域提供应用服务的同时,测绘基准也会根据新的技术发展和新的应用需求进行新的开拓与发展。我们将进一步推进各类大地测量技术的发展和融合,继续加大大地测量基础设施(如GNSS、VLBI、SLR、DORIS、海洋验潮以及卫星重力等)的建设力度,促进全球统一的大地测量参考框架的建立与维持,实现全球基准的有效统一以及几何与物理基准的有机结合,不断提升测绘基准的服务能力和水平,能够为“一带一路”倡议、经济全球化、“走出去”战略的实施以及全球地理信息资源建设、全球信息化建设、国防建设、外交服务保障等提供统一的空间定位基准,在我国乃至全球经济建设、社会发展、生态文明建设、科学研究进程中贡献测绘力量,发挥应有作用。

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